автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Повышение эффективности огнетушащих и дезактивирующих составов на основе воды для морского и речного транспорта

МЧС России Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы

На правах рукописи Анашечкин Александр Дмитриевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОГНЕТУШАЩИХ И ДЕЗАКТИВИРУЮЩИХ СОСТАВОВ НА ОСНОВЕ ВОДЫ ДЛЯ МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА

05.26.03 — пожарная и промышленная безопасность (транспорт)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2006

Работа выполнена на кафедре автоматики и сетевых технологий Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор Ивахнюк Григорий Константинович Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Малинин Владимир Романович кандидат технических наук Любимов Евгений Васильевич

Ведущая организация:

ФГУП «Главное Управление Ведомственной Охраны» Федерального Агентства по промышленности Российской Федерации

Защита состоится «22>> КИ 2006 г. в « » часов на заседании диссертационного совета Д 205.003.01. по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук в Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 149). С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России.

Автореферат разослан « ^1 » _2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 205.003.01 кандидат технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Анализ статистических данных Государственной противопожарной службы свидетельствует, что морской и речной транспорт является одной из наиболее пожароопасных отраслей экономики. На судах обращаются тысячи тонн различных материалов, в том числе применяются сотни наименований твердых, жидких и газообразных пожаро- и взрывоопасных веществ, материалов и изделий, масса которых сопоставима с массой судна. По статистическим данным только номенклатура синтетических горючих судовых конструкционных материалов составляет более 300 наименований.

Ежегодно пожары происходят примерно на 2 % плавсредств мирового флота (на 320-450 судах и 110-130 боевых кораблях) и являются причиной около 5 % кораблекрушений. Потери судов по этой причине стабильно занимают первое место и составляют 40 единиц ежегодно.

Подтверждением этому была катастрофа лайнера «Нормандии» (переоборудованной в военный транспорт «Лафайет») в годы Второй мировой войны. Эта тема актуальна и ныне: на Дальнем Востоке из-за непрофессиональных действий при тушении пожаров водой затонули отечественные суда «Каргат» и «Мыс Лазарева». Таким образом, уровень риска возникновения пожаров в судоходстве, рыболовстве и морской добыче полезных ископаемых — не только не снизился, но и продолжает неуклонно расти.

Таким образом, повышение уровня противопожарной защиты объектов морского и речного транспорта — злободневная задача, требующая скорейшего решения на современном научно-техническом уровне. При этом обязательно следует учитывать ремонтную и утилизационную составляющие, когда у причалов и в отстое на акваториях заводов находятся суда с большим пожароопасным энергетическим потенциалом и с частнч-

но или полностью демонтированными и разукомплектованными противопожарными системами, средствами и оборудованием.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательской деятельности Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России на период 2001-2006 г.

Цель н задачи исследования. Целью работы является создание научно-практических основ электрофизического управления физико-химическими свойствами воды, а также процессами, происходящими с её участием на границе раздела фаз и разработка практических способов применения физически модифицированной воды в пожаротушении и ликвидации радиационных аварий на объектах морского и речного транспорта.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Экспериментальное изучение влияния переменного частотно-модулированного потенциала на изменение физико-химических свойств воды;

2. Экспериментальное исследование влияния переменного частотно-модулированного потенциала на изменение огнетушащей способности водных растворов на модельных очагах пожара и повышение эффективности проливки очагов пожаров после их ликвидации;

3. Экспериментальное исследование влияния переменного частотно-модулированного потенциала на изменение дезактивирующей способности водных растворов;

4. Проведение натурных испытаний по апробации электрофизического метода воздействия на питательную воду теплоэнергетических установок морского и речного транспорта.

Объект исследования — огнетушащие и дезактивирующие составы на основе физически модифицированной воды.

Предмет исследования - электрофизический метод изменения физико-химических свойств воды, как средство повышения эффективности огнетушащих и дезактивирующих составов на её основе.

Методы исследования. Современные инструментальные методы исследования физико-химических свойств воды. Стандартные методы определения огиетушащей и дезактивирующей способности составов на основе воды. Оценка достоверности результатов экспериментов определялась на основе распределения Стьюдента. Многофакторное исследование сравнительной эффективности работы генератора переменного частотно-модулированного потенциала осуществлялось методом регрессионного анализа с использованием компьютерной программы «ШЮКАИ».

Научная новизна. Установлен факт изменения физико-химических свойств воды (вязкость, поверхностное натяжение, электропроводность, смачивающая способность и давление насыщенного пара) под воздействием переменного частотно-модулированного потенциала.

Экспериментально доказано наличие «солевого эффекта», способствующего улучшению дезактивации растворами хлорида натрия под воздействием переменного частотно-модулированного потенциала.

Разработана регрессионная модель процесса парообразования под воздействием переменного частотно-модулированного потенциала.

На защиту выносятся следующие основные результаты:

- экспериментально установленный, раннее неизвестный факт изменения физико-химических свойств воды под воздействием переменного частотно-модулированного потенциала;

- научное обоснование технических решений по использованию обнаруженного эффекта для повышения огнетушащей и дезактивирующей способности составов на основе физически модифицированной воды;

- регрессионная модель процесса парообразования под воздействием переменного частотно-модулированного потенциала;

- результаты опытно-промышленных испытаний на теплоэнергетических установках морского и речного транспорта.

Практическая значимость. Выявлено, что изменение физико-химических свойств воды повышает её огнетушащую способность, что экспериментально установлено и доказано на модельных очагах пожара.

Обнаружено, что воздействие переменного частотно-модулированного потенциала на стандартные солевые дезактивирующие водные составы приводит к повышению их эффективности.

Опытно-промышленными испытаниями установлен факт экономии энергоносителей на парообразование в теплотехнических установках при электрофизической обработке питательной воды.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены и обсуждены на: I Международной научно-практической конференции «Проблемы обеспечения пожарной безопасности Северо-Западного региона» (Санкт-Петербург, 2000), VII международной конференции «Экология и развитие Северо-Западного региона» (Санкт-Петербург, 2002), а также на научных семинарах, проводимых кафедрой автоматики и сетевых технологий Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС РФ и кафедрой инженерной защиты окружающей среды Санкт-Петербургского государственного технологического института (технический университет). Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ. Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, библиографического списка (153 наименования) и 3-х приложений. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста, включая 25 рисунков и 21 таблицу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность и целесообразность выполнения настоящей работы, что подтверждается статистическими данными Государственной противопожарной службы и Института Лондонских

страховщиков (1ЬЦ) о высоком числе аварий и катастроф, связанных с пожарами на судах и кораблях.

Глава 1. Аналитический обзор. Проведен анализ пожарной опасности на объектах морского и речного транспорта. Показано, что средняя продолжительность пожара составляет 5,9 часа. В результате нагрева всего лишь до температуры 400-600 °С предел текучести конструкционных сталей снижается на 20-40 %, и, как следствие, происходит потеря прочности судовых конструкции. Проведен анализ опасности радиационноопасных объектов морского и речного транспорта и пути повышения их безопасной эксплуатации.

Рассмотрены основные огнетушащие вещества, их преимущества и недостатки, а также рецептуры и методы проведения дезактивации металлических поверхностей. Показано, что особенности свойств воды определяются, прежде всего, строением её молекул. Необычные свойства воды в трех агрегатных состояниях объясняются способностью её молекул образовывать надмолекулярные (полимерные) структуры не только за счет ориентационных, индукционных и дисперсионных взаимодействий (сил Ван-дер-Ваальса), но, прежде всего, за счет водородных связей, энергия которых (10-40 кДж/моль) заметно превосходит силы Ван-дер-Ваальса (1-4 кДж/моль).

Проанализированы известные химические и физические способы изменения надмолекулярного строения воды, и, как следствие, изменения её физико-химических свойств. На основе анализа доступной научно-технической и патентно-лицензионной литературы сделаны выводы, сформулированы цель и задачи исследования.

Глава 2. Объекты и методы исследования. Физико-химические свойства воды изучены в соответствии с ГОСТ 6709-72. Определение динамической вязкости осуществлялось с помощью вискозиметра типа ВПЖ-2 (ГОСТ 10028-82); поверхностного натяжения — метод измерения наи-

большего давления, необходимого для образования и отрыва пузырька газа. Смачивающая способность воды внутренней поверхности углеродных остатков горения деревянных строительных конструкций определялась пикнометрическим методом. Зависимость давления пара воды от температуры изучалось на стандартной объемной установке для измерения давления насыщенного пара. Электрическая проводимость измерялась с помощью мостика Кольрауша. Для определения эффективности тушения физически модифицированной водой при натурных испытаниях на модельных очагах пожара использовалась методика рекомендованная ГОСТ Р 5104302 и НПБ 88-2001*.

Дезактивирующая способность стандартных и опытных растворов определялась путем измерения ^активности образцов конструкционных сталей на пересчетном приборе ПСО-2-4еМ с блоком детектирования КРК-1-01 А, в состав которого входил счетчик СБТ-13. Время измерения выбирали так, чтобы погрешность не превышала ±5 % при доверительной вероятности 0,95.

Для математической обработки результатов использовался метод сравнения средних значений при неизвестной дисперсии малой выборки и регрессионный анализ. Полученные экспериментальные данные обрабатывались с использованием компьютерной программы «КЕОЯАЫ».

В работе использовался промышленный образец генератора переменного частотно-модулированного потенциала (ПЧМП), изготовленный согласно техническим условиям ТУ 4218-001-56316494-2004. ПЧМП представляет собой нелинейно-искаженный сигнал с двумя интервалами однородности (рис. 1).

Первый интервал может быть аппроксимирован синусоидой основной частоты (/,;ад, =50 Гц):

к, (0 = л[2ином Ш1(2тг/ном1) при * е

2{к-\)

Л +

(2к -1)

(1)

Второй интервал может быть аппроксимирован затухающим экспоненциальным сигналом:

Т Т

«2(0 = J2UH0M е-«('-'н-г/2*(*-0) при „

(2)

" 2(к -1)' 2/с

где Т — период промышленной частоты, /н — момент перехода с первого интервала на второй (рис. 1), /с — номер полупериода, и, В

1 \

"2........:........... 2

........iry-/--

. ....

О 0 005 0.01 0 015 0.02 0.025 0.03

t, С

Рнс. 1. Переменный частотно-модулированный потенциал (12 В, 50 Гц)

Эквивалентная схема, моделирующая электрические процессы при электрофизической обработке воды в лабораторных и производственных условиях, представлена на рис. 2.

Рис. 2. Эквивалентная схема обработки водных огнетушащнх и дезактивирующих растворов

1 - генератор ПЧМП; 2 - металлическая емкость для воды; 3 - емкостное сопротивление диэлектрического пограничного слоя; 4 - активное сопротивление диэлектрического пограничного слоя; 5 - заземление.

Глава 3. Исследование физико-химических свойств воды и ог-нетушащнх составов на её основе. Экспериментально были установлены изменения физико-химических свойств дистиллированной воды при температуре 20 иС под воздействием ПЧМП. Были изучены следующие показатели исходной и модифицированной воды: вязкость, электрическая проводимость, поверхностное натяжение и смачивающая способность на примере углеродных остатков горения деревянных конструкций после пожара. Результаты представлены в табл. №1. Обнаружено, что ПЧМП оказывает существенное влияние на эти параметры. Так, поверхностное натяжение у модифицированной воды уменьшается на 20 %, вязкость - на 2,9 %, электрическая проводимость - на 37,8 %, а смачивающая способность становиться на 15 % выше по сравнению с необработанной водой.

Экспериментально определена зависимость давления насыщенного пара воды Р от температуры Т и рассчитана теплота испарения АНИСП для необработанной воды и обработанной ПЧМП. Результаты эксперимента представлены на рис. 3. Установлено, что средняя теплота испарения: для необработанной воды ДНиспнеобр- 2260 кДж/кг, а для обработанной воды ДНиспобр — 2060 кДж/кг.

Полученные данные свидетельствуют о том, что в результате воздействия ПЧМП на воду теплота испарения уменьшается, а давление насыщенного пара увеличивается на 10-15 %. Образование большего количества водяного пара позволяет существенно влиять на динамику пожара и его ликвидацию.

Установленный в работе факт изменения надмолекулярной структуры и физико-химических свойств воды (вязкости, поверхностного натяжения, смачиваемой способности, давления насыщенного пара, электрической проводимости) позволяет оценить возможность повышения эффективности тушения очагов пожара физически модифицированной водой.

Таблица 1

Влияние ПЧМП на физико-химические свойства воды при 20 °С

№ п/п Варианты обра- Название параметра Среднее значение Дисперсия Критерий Фишера-Снедокера Критерий Стьюдента

Ркр.(0,05;4;4) Рнабл. 1двуст.кР.(0,05;8) Тнабл.

1 Контроль (без воздействия) Вязкость, сСт 1,062 7,3-10"6 6,39 1,26 2,31 18,52

2 Опыт (под воздействием) 1,032 5,8-Ю"6

3 Контроль (без воздействия) Поверхностное натяжение, Дж/м2 0,0641 1,075-Ю"6 6,39 2,73 2,31 9,11

4 Опыт (под воздействием) 0,0559 2,933-10'6

5 Контроль(без воздействия) Электропроводность, мкОм/см 13,51 0,038 6,39 1,12 2,31 98,03

6 Опыт (под воздействием) 9,79 0,034

7 Контроль(без воздействия) Пикнометрическая плотность углеродного остатка по воде, г/см3 0,85 0,25-10'3 6,39 2,32 2,31 11,95

8 Опыт (под воздействием) 1,00 0,5 8-10'3

400

I ( I II!! ! I Л

I I ! ! I I ! I I I I 71

I I I I I I I ♦/ I " //

I I I I // и/

/

У /

I - — е=Г - -

310 320 330

« обработанная вода

370 380

Температура, К

-л — необработанная вода

Рас. 3. Зависимость давления пасыщспиого пара от температуры Для подтверждения рабочей гипотезы, были проведены натурные испытания для двух режимов работы оросителей, которые соответствовали

50,00

группа 1

В контроль (без воздействия) □ опыт (под воздействием)

Рпс. 4. Результаты тушения модельного очага пожара "А тонкораспыленной водой

группа 2

группа помещений

согласно НПБ 88-2001* по степени опасности развития пожара первой и второй группам помещений. Выбран класс пожара «А», а в качестве распылителя использовался ороситель для тонкораспыленной воды «Аквама-стер» (сертификат пожарной безопасности ССПБ.1Ш.УП 001.В0431). Результаты эксперимента представлены на рис. 4. Время тушения уменьшилось на 10 % по сравнению с контролем.

Повышение смачивающей способности модифицированной воды -увеличение пикнометрической плотности высокопористого углеродного остатка горения, предполагает её более глубокое проникновение в их пористую структуру. Соответственно, вероятность повторного возникновения горения вследствие внутреннего тления должна снижаться, как и расход воды. Об этом также косвенно свидетельствуют эксперименты по характеру испарения исходной и модифицированной воды, соответственно, с открытой поверхности и из слоя пропитанных углеродных остатков (рис. 5).

открытая поверхность слой углеродных остатков

И контроль (без воздействия) Ропыт (под воздействием)

Рис. 5. Данные по испаряемости исходной и модифицированной

воды

Глава 4. Электрофизический метод повышения дезактивирующей способности водных составов. В настоящее время актуален вопрос поиска новых малоотходных способов дезактивации металлических судовых и корабельных поверхностей. Одно из направлений по решению данной проблемы - нахождение методов интенсификации и повышения эффективности процессов дезактивации с использованием простых, недорогих, легкорегенерируемых растворов, а также поиск рецептур и отдельных компонентов дезактивирующих рецептур с возможностью их многократного использования.

Проведенные эксперименты подтвердили наличие «солевого эффекта», способствующего улучшению дезактивации растворами хлорида натрия (рис. 6. 7). Определены временные характеристики обработки дезактивирующих составов ПЧМП, равные 20-25 минутам. Достоверно выявлен положительный дезактивирующий эффект ПЧМП и одновременного присутствия в дезактивирующем растворе соли (наблюдается возрастание коэффициента дезактивации и улучшение процесса очистки от активности). Результаты экспериментов представлены на рис. 8.

§ в

3,6

N14401 (0.1М)

2,9

ЫаЫОЗ КСЦ0.1М) (0.1М)

ЫаСI (0.1М)

РеОЗ (0.25М)

6,5-

2,5

Ыа2504 (0.2М)

Л/а2Э04 (0.1М)

—1,4"

РеС/З (0.1М)

СаС12 (0.1М)

Рис.

Концентрация солей дезактивирующих растворов 6. Результаты влияния солевого фона на эффективность дезактивации образцов стали Х40 в 10"3 моль/л растворах соляной кислоты (радпонуклнд-загрязннтель 60Со)

•в-

11,3

1,2

Концентрация №С1 в дезактивирующем растворе, моль/л Рис. 7. Влияние концентрации хлорида натрия иа эффективность дезактивации образцов стали Х40 в растворах НС1^аС1 (радиоиуклид-загрязиитель б0Со)

25

21,6

2 20

»о

Е

а: о> з =г

■е-

-8-

15 ■!

10

12

2,8

3,30

10,7

377

1,8

2,5

2,7 2,8 1,9

4,9

ТрилонБ(1М) Трилон Б (1М) +ЫаС! (1М)

Н20рН=6-7 Н20+ЫаС1(1М) НС1(0,001М)

НС1 (0,001 М)+ ЫаС! (1М)

□ контроль (без воздействия) Попыт (под воздействием)

Рис. 8. Результаты дезактивации образцов стали Х40, (радионуклид-загрязнитель 60Со)

Для раствора трилона Б, с концентрацией 0,3 М в присутствии 1 М хлорида натрия коэффициент дезактивации возрастает почти в три раза при наложение ПЧМП по сравнению с контролем. Кроме того, наблюдается повышение значений коэффициентов дезактивации с увеличением значений рН. Аналогичные результаты получены и при дезактивации метал-

137

лических поверхностей, загрязненных радионуклидом Сэ.

Основываясь на полученных данных, можно утверждать, что для раствора, обладающего высокими коэффициентами дезактивации и имеющего состав НС1+КаС1 возможно проведение эффективной регенерации методом осаждения гидроксидов металлов за счет нейтрализации кислоты и дальнейшего повышения рН до величины 9,0-И 1,0, с последующим внесением соляной кислоты в раствор.

Гидроксиды металлов являются коллекторами по отношению к большей части радионуклидов, содержащихся в дезактивирующих растворах и, в частности, по отношению к радионуклиду 60Со. Гидроксиды отделяются от раствора за счет гравитационного осаждения или методом фильтрации. Доочистка растворов от радионуклидов |37Сз может осуществляться на цезийселективных сорбентах, например, на сорбенте Термо-ксид-35. После удаления радионуклидов и гидроксидов металлов производится коррекция состава растворов путем введения концентрированной соляной кислоты в фильтрат. Регенерированный и откорректированный по составу раствор направляется на повторное использование. Повторение цикла «дезактивация-регенерация раствора» возможно до достижения насыщения раствора по ЫаС1 (300 г/л). Отработавший раствор перерабатывается по указанной выше схеме с включением гидроксидных пульп в цементную матрицу и с полным упариванием уже нерадиоактивного или слаборадиоактивного раствора до получения сухой соли ЫаС1 с её хранением в качестве химических отходов. Принципиальная технологическая схема подобного процесса дезактивации приведена на рис. 9.

НС1 конц. ИаС1

КаС1 на хранение

Рис. 9. Принципиальная технологическая схема процесса дезактивации судовых и корабельных поверхностен конструкционных материалов

Глава 5. Научно-практическое применение электрофизического метода модификации питательной воды на судовых теплоэнергити-ческих установках. На базе Всероссийского теплотехнического института им. Кржижановского (г. Москва) был исследован процесс парообразования - воздействия ГТЧМП на режимы течения и параметры пароводяного потока.

Оценка воздействия ПЧМП осуществлялась на стенде котлоагрега-та, моделирующий теплообменный элемент. Экспериментальная установка прямоточного типа, предназначенная для изучения кризисных режимов теплообмена при одностороннем обогреве вертикальной трубы с подъемным движением потока, имитирующая экранную трубу котла. Схема экспериментальной установки представлена на рис. 10. Пар от коллектора с параметрами Р » 250 атм. и Т » 590 °С через систему запорных вентилей (1) направлялся в холодильник (2), далее в регулирующий холодильник (3), затем через вентиль (4) на экспериментальный участок (5). Затем рабочая среда направлялась в выходной холодильник (6), где конденсировалась и сбрасывалась в дренаж или сборный бак через вентили (7). Была предусмотрена подача острого пара через вентиль (8) в тракт рабочей среды. Экспериментальный стенд позволял получать рабочую среду в широком диапазоне начальных параметров: Р0 - начальное давление, 1:0 - начальная температура, х0 - начальное весовое паросодержание, О - расход рабочей среды.

Выявлено влияние ПЧМП в области воды недогретой до насыщения по пару в пределах паросодержания от — 0,2 до 0 для начального давления Ро=Ю МПа. ПЧМП не значительно влияет на парообразование потока для начальных давлений Р0 = 3 и 6 МПа.

Математическая отработка результатов испытаний позволила осуществить выявление воздействующего фактора (ВФ) на коррелирован-ность и построение многофакторной модели процесса у = £ (хь хь... хт),

(ш — число рассматриваемых ВФ с минимальной корреляцией) в виде квазилинейного уравнения регрессии (математическая модель):

. (3)

где aj - коэффициент регрессии, подлежащий определению, М - их число, Zj = Zj (Х|, х2,... хт ) -^й условный фактор.

Рис. 10. Схема экспериментальной установки

1 - запорный вентиль; 2 - холодильник грубой регулировки; 3 - холодильник тонкой регулировки; 4 - дроссельная гребенка; 5 - экспериментальный участок; 6 - теплообменник-конденсатор; 7 - регулировочная гребенка

_пар от котла

____технологическая (питательная) вода

Полученные результаты испытаний были обработаны с использованием регрессионного анализа, реализованного в виде компьютерной программы «REGRAN», написанной на алгоритмическом языке FORTRAN.

Последнее дало возможность получить 6 адекватных регрессионных моделей вида (3). В табл. 2 приведены результаты пересчета выходного параметра (ВП) по таким моделям, что путем сопоставления их с «истинными» значениями ВП позволяет достоверно убедиться в адекватности моделей.

Модели при хЕХ<0

у = 1,449 +1,401х42 + 0,05693**' '*[ , (4)

х,- -х,

„2 . 0,75 . 1.25

у = 3,048х4 + 0,1037 х> Х> , (5)

у=ДР/1000 (6)

Х1=О,214-Р0-О,143 (7)

х2=14,2-0-0,618 (8)

х3=0,00884-8*-0,636 (9)

х4=0,008 82-^-0,731 (10)

х5=2,01-х8Х+1,24 (11) Модели при хвх>0

V = 467,2— + 6,247—---375,4—---131,2^-, (12)

у = 269,5-226,7 —-63,8х5 -З,61х3х4х3 +4,924^-, (13)

х5 х5

^ = 24,41 - 32,82 —--111,5 +147,8х3 - З9,66х3х5 - 4,01х3х4 х5, (14)

V = 19,54 -8 9,67 - 0,000102х?х47, (15)

х5

С практической точки зрения, полученные модели (3) позволили оценить значимость отдельных ВФ. Используемая программа позволяла выводить эту значимость в нормированном виде — от -100% до +100%. Данные результаты приведены в табл. 2.

Таблица 2

Относительная значимость влияния ВФ на коэффициент эффективности прибора, определенная по различным моделям (3)

ВФ Значимость по моделям (3)

при хвх>0 при х„х<0

12 13 14 15 4 5

XI - - - - -2 % 8%

Х2 - - - - -2% -1%

Хз -12% -18% -4% -20% 3 % 3 %

Х4 -27 % -18% -18% -16% 100% 100%

х5 100% 100% -100% 100% 4% 5%

Б 175 20.8 23.5 9.8 33.4 28.9

АУтах 2.1 2.9 3.5 4.8 0.92 0.87

Проанализировав полученные модели, можно сделать вывод, что

при паросодержании хвх<0 большое значение играет такой параметр, как 1ВХ, а при хвх>0 - само паросодержание хвх.

Опытно-промышленные испытания генератора ПЧМП на теплоэнергетической установке (судовой дистилляционный аппарат) дали следующие результаты:

1. Средний удельный расход мазута ФТ на единицу полезной тепловой энергии (нагрев теплоносителя) уменьшился на 2,4 %;

2. Коэффициент полезного действия (КПД) установки увеличился, в среднем, на 2,3 %;

3. Потери энергии при транспортировке теплоносителя по замкнутому циклу уменьшились на 7,5 %;

4. Увеличение рН и появление «взвеси» в теплоносителе может свидетельствовать о частичной очистке теплообменных поверхностей от накипи и солеотложения.

Таким образом, использование генератора ПЧМП как средства модификации водяного теплоносителя на теплоэнергетических установках морского и речного транспорта позволяет экономить энергоносители.

Основные результаты работы

1. Изучено изменение физико-химических свойств воды под воздействием ПЧМП: поверхностное натяжение уменьшается на 20 %, вязкость — на 2,9 %, смачивающая способность углеводородных остатков горения деревянных конструкций возрастает на 15 %, а давление насыщенного пара в диапазоне температур 30-90 °С увеличивается на 10-15 %;

2. Установлено увеличение огнетушащей способности (время тушения модельного пожара уменьшилось на 10%) и увеличение смачиваемости углеродных остатков физически модифицированной водой, способствующей уменьшению её расхода при проливке после ликвидации пожаров;

3. Экспериментально подтверждено повышения коэффициента дезактивации дезактивирующих растворов на основе физически модифицированной воды — в 1,5-3 раза в зависимости от вариантов обработки и их составов;

4. Экспериментально доказано наличие «солевого эффекта», способствующего улучшению дезактивации растворами хлорида натрия под воздействием переменного частотно-модулированного потенциала;

5. Определены регрессионные модели процесса парообразования под воздействием переменного частотно-модулированного потенциала. Выявлено, что при паросодержании хвх<0 большое значение играет такой параметр, как 1:в:ч, а при хвх>0 — само паросодержание хвх.;

6. Опытно-промышленными испытаниями установлена интенсификация процесса парообразования при использовании генератора ПЧМП на теплоэнергетических установках морского и речного транспорта. Средний удельный расход мазута ФТ на единицу полезной тепловой энергии (нагрев теплоносителя) уменьшился на 2,4 %, а коэффициент полезного действия установки увеличился, в среднем, на 2,3 %.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Анашечкин А.Д., Ивахнюк Г.К. Влияние электрофизического метода на процесс парообразования // Вестник СПб института ГПС МЧС России. N3[6], 2004. 0,3/0,15 п.л.

2. Ивахнюк Г.К., Корольков А.П., Анашечкин А.Д. Безреагентный метод повышения огнетушащей эффективности водных растворов для тушения модельных очагов пожара // Вестник СПб института ГПС МЧС России. N4[l 1]. 2005. 0,3/0,2 п.л.

3. Корольков А.П., Спиридонов Г.С., Анашечкин А.Д., Симонова М.А. Электрофизическое управление скоростью испарения жидких углеводородов // Вестник СПб института ГПС МЧС России. N3[10]. 2005. 0,5/0,2 п.л.

4. Иванов A.B., Анашечкин А.Д., Хорошилов O.A. Перспективный метод нейтрализации статического электричества // Вестник СПб института ГПС МЧС России. N2[9]. 2005. 0,3/0,1 п.л.

5. Соловьева Е.Г., Анашечкин А.Д., Алгале А., Ивахнюк Г.К. Влияние электрических полей на процессы седиментации. / В сб.: Экология, энергетика, экономика. - СПб.: 2002, выпуск VI. 0,25/0,1 п.л.

Подписано в печать 20.11.2006 Печать трафаретная

Формат 60x84 i/i6 Тираж 100 экз.

Объем 1.0 п.л.

Отпечатано в Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России 196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, д. 149

Перечень сокращений

Введение

Глава 1. Аналитический обзор

1.1. Состояние пожарной безопасности в судостроении, су- 8 доходстве и морских технических средствах

1.2. Ядерно- и радиационно-опасные объекты в судострои- 13 тельной промышленности и на водном транспорте. Пути повышения промышленной безопасности

1 3 Физико-химические свойства и надмолекулярная струк- 20 тура воды

1.4. Влияние физических и химических воздействий на фи- 28 зико-химические свойства и надмолекулярную структуру

1.5. Цели и основные задачи исследования

Глава 2. Объекты и методы исследования

2.1. Методики проводимых экспериментов

2.2. Статистическая обработка результатов измерений

Глава 3 Исследование физико-химических свойств воды и 58 огнетушащих составов на ее основе

3.1. Влияние переменного частотно-модулированного по- 58 тенциала на физико-химические свойства воды, как огне-тушащего вещества

3.2. Влияние переменного частотно-модулированного по- 64 тенциала на динамику испарения углеводородов

3.3. Влияние переменного частотно-модулированного по- 69 тенциала на эффективность тушения модельных очагов пожара

3 4 Выводы по главе

Глава 4 Электрофизический метод повышения дезактиви- 76 рующей способности водных составов

4.1 Дезактивация поверхности образцов, загрязненных ра- 77 дионуклидом 60Со в водных растворах

4.2. Влияние переменного частотно-модулированного по- 80 тенциала на эффективность дезактивации

4 3 Дезактивация поверхности образцов, загрязненных радионуклидом Сз в водных растворах

4.4. Разработка электрофизического метода повышения эф- 90 фективности дезактивирующих средств на основе воды 4.5 Выводы по главе

Глава 5. Научно-практическое применение электрофизи- 94 ческого метода модификации питательной воды на судовых теплоэнергитических установках

5 1 Влияние электрофизического метода на процесс парооб- 94 разование

5 2 Многофакторное исследование сравнительной эффек- 100 тивности работы генератора ГГЧМП применительно к процессу парообразования

5 3. Выводы по главе

Выводы

Анализ статистических данных Государственной противопожарной службы показывает, что одной из наиболее пожароопасных отраслей промышленности является судостроение, что объективно связано с характеристиками, как производства, так и строящихся, а также ремонтируемых и утилизируемых судов и морских технических объектов. Действительно, на судостроительных и судоремонтных предприятиях перерабатываются огромные количества энергии (электрической, тепловой, механической), которая реализуется как в цехах, так и передается на строящееся или ремонтируемое судно по трассам-времянкам, на верфях перерабатываются тысячи тонн различных материалов, в том числе применяются сотни наименований твердых, жидких и газообразных пожаро- и взрывоопасных веществ, материалов и изделий (конструкционных и отделочных, так и используемых в технологических целях), масса которых сопоставима с массой судна По американским данным на судах номенклатура синтетических горючих материалов составляет более 300 наименований. Кроме того, существенными факторами пожарной опасности на верфях являются значительная трудоемкость и продолжительность постройки объектов морской техники.

Помимо судостроения высокий уровень пожароопасности существует и на морских и речных судах, а также на морских технических сооружениях (добычных комплексах и нефтяных терминалах). За многолетний период наблюдений можно сделать вывод, что пожары происходят примерно на 2 % судов мирового флота и составляют около 5 % аварий. Потери судов по этой причине стабильно занимают первое или второе место и составляют около 20 % от всех погибших, доходя до 39 судов (27,6 %). Пожары ежегодно происходят на 320-450 судах, 110 -130 боевых кораблях и 10 -15 добычных комплексах Велика доля пожаров и на морских технических средствах (МТС) по добыче нефти и газа - около 14,9 % от всех аварий (первое место среди аварий), причем утрачено в результате пожаров около 8,0 % горевших или 10,3 % от всех погибших, или 1,2 % всех аварийных МТС

Длительные кризис и депрессия отечественной промышленности тяжело отразились как на квалификации работников предприятий, так и на соблюдении дисциплины (прежде всего технологической), что приводит к росту числа нарушений требований пожарной безопасности Многократно сократились вложения в противопожарную защиту, физическую защиту (охрану), технику безопасности и в поддержание других элементов промышленной безопасности Поэтому более актуальным становится вопрос о широком применении систем и средств автоматического и дистанционного контроля противопожарного режима.

Наиболее опасными представляются пожары на верфях, которые выполняют постройку, ремонт и утилизацию судов и кораблей с ядерными энергетическими установками (в основном, атомных подводных лодок), причем на некоторых верфях существуют также объекты, на которых выполняется перегрузка, обработка, транспортировка и временное хранение радиоактивных отходов (РО). Под воздействием облучения могут возникнуть новые направления энергопотоков, связанные с нарушением безопасности, в том числе и пожарной, потому что до настоящего времени зачастую слабо предсказуемо поведение материалов, подвергшихся облучению, ход химических процессов (таких, как гидролиз, сорбция делящихся материалов, восстановительно-окислительные процессы, рН-эффекты, эффекты температурные, радиолиза, экстракции и реэкстракции); механических и геологических процессов (например, фильтрации в грунтах, зависящей от состава пород) и т п Изменение свойств горючих материалов, прежде всего электроизоляции, а также механических свойств и сопротивления кабельных жил, может существенно увеличить пожарную опасность ядерно- и радиационно-опасных объектов (ЯРОО)

Применяемые десятилетиями и отработанные, казалось бы, технологические процессы обращения с РО являются, в действительности, не до конца изученными и в реалии пожароопасными. В мировой практике зафиксированы случаи пожаров, например, при осуществлении таких традиционных технологических процессов, как, например, битумирования для отверждения жидких РО. Таким образом, можно с уверенностью говорить о более качественно высоком уровне пожарной опасности на ЯРОО судостроения, чем на большинстве других объектов.

Одним из направлений совершенствования и повышения имеющегося потенциала тушения пожаров, а также дезактивации поверхностей могут служить безреагентные физические факторы, такие как электрические, магнитные и электромагнитные поля. Как показала практика, безреагентный метод будет применяться все шире, и это позволит снизить дозы химических реагентов в самых различных технологических процессах, и тем самым повысить промышленную и пожарную безопасность технологий.

В последние десятилетия эмпирически установлена возможность значительной активации водных систем различными физическими воздействиями - магнитными, акустическими, электрическими, термическими, дегазационными и др Это позволяет совершенствовать множество технологических и биологических процессов, проходящих в водных системах

Помимо всего прочего, эти направления дадут возможность обеспечить повышение, как эффективность пожаротушения, так и эффективность дезактивации судовых конструкций при их радиационном заражении.

Это позволяет считать, что указанные методы обработки воды явятся одним из возможных направлений модернизации системы обеспечения пожарной безопасности в судостроительной отрасли с целью приведения ее в соответствие с требованиями законодательства и нормативной технической документации.